Phương pháp tăng hiệu suất pin mặt trời mới của đại học Stanford

Nangluong.news – Các nhà khoa học đến từ trường Đại học Stanford vừa tìm ra cách thức làm tăng hiệu suất của pin mặt trời, tốn ít chi phí hơn.

Thực tế là pin mặt trời sẽ giảm hiệu suất khi bị đốt nóng lên, do đó, các nhà khoa học đã tìm cách bổ sung thêm một lớp vật liệu để pin mặt trời tiếp xúc được với “cái lạnh của vũ trụ”.

Pin mat troi

Pin mặt trời có 2 chức năng: (1) chúng hấp thụ photon (lượng tử ánh sáng) để sản xuất ra điện năng, (2) chúng giữa nhiệt. Trong hai chức này năng, chỉ có chức năng đầu tiên là hữu ích.

Pin mặt trời được lắp trên mái nhà, rất gần với bầu trời nên nó hoàn toàn có thể tiếp xúc với “cái lạnh của vũ trụ”. Từ đó, các nhà khoa học đã nghĩ ra cách tận dụng bầu trời làm bộ tản nhiệt cho pin mặt trời. Như vậy, bầu trời có thể vừa cung cấp năng lượng ánh sáng, vừa làm mát pin mặt trời.

Nhóm nghiên cứu của trường đại học Stanford đã tạo ra một lớp bảo vệ trong suốt cho pin mặt trời, khiến chúng có thể thải ra lượng nhiệt dư thừa mà vẫn hoạt động được bình thường.

Lớp trong suốt mà nhóm nghiên cứu tạo ra chính là lát bán dẫn, được làm từ tinh thể silic dioxit. Các nhà khoa học đã khắc những cái lỗ rộng 6 micromet, sâu 10 micromet trên lát bán dẫn. Kết quả là lớp lát bán dẫn này sẽ tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời của pin, đồng thời giảm nhiệt độ của pin xuống đến 13 độ C do làm lạnh bằng bức xạ.

Các nhà khoa học cho biết lớp lát bán dẫn này có thể giúp pin mặt trời biến thêm khoảng 1% ánh sáng mặt trời thành điện năng. Bạn có thể sẽ cho rằng 1% chẳng có gì đáng kể nhưng đây thật sự là một bước tiến lớn trong việc tăng hiệu suất pin mặt trời.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn cho biết lớp lát bán dẫn này có thể bảo vệ pin mặt trời khỏi hỏng hóc, giúp pin kéo dài tuổi thọ.

Nghiên cứu này sẽ chính thức được đưa ra tại Hội nghị La-de và Điện quang học được tổ chức tại San Jose, California vào tháng sáu tới.

Nguồn: TKNL (Cleantechnica.com)

Pin quang điện nhiệt mặt trời sản xuất điện năng trong bóng tối

Nangluong.news – Các nhà khoa học vừa phát minh ra một loại vật liệu nano có thể khiến pin mặt trời sản xuất ra điện năng ngay cả ở trong bóng tối.

25946141

“Liệu có thể sản xuất được điện năng từ năng lượng mặt trời ở trong bóng tối hay không?” Ngay khi đọc tiêu đề của bài báo, tôi tin chắc rằng câu hỏi trên sẽ xuất hiện trong đầu bạn, nhất là khi phần lớn các loại pin mặt trời hiện nay đều chỉ sản xuất ra điện năng khi có ánh sáng. Nhưng bức xạ mặt trời không chỉ ở dạng ánh sáng mà còn ở dạng nhiệt. Nhưng khi sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời, người ta thường không/chưa chú ý nhiều đến dạng nhiệt của bức xạ mặt trời.

Một nhóm các nhà vật lý học đến từ trường Đại học Quốc gia Australia và Đại học California tại Berkeley đang tìm nhiều cách để tận dụng được dạng nhiệt của bức xạ mặt trời và xem xem liệu họ có thể tích hợp được nó vào pin mặt trời hay không. Mục đích của họ là làm sao để pin mặt trời có thể sản xuất điện năng trong bóng tối.

Nỗ lực của họ mang lại một loại vật liệu có tính cách mạng hóa, gồm 20 nanosheet vàng và magiê florua mỏng. Hai loại lớp nanosheet được xếp chồng lên nhau, xem kẽ lẫn nhau và được đặt trên nền silic nitrat hóa. Sau đó, vật liệu này được cắt để tạo ra hốc hoặc lỗ hỏng dài.

Vật liệu mới này có tính từ quang học, có thể sử dụng cho pin mặt trời để biến chúng thành pin quang điện nhiệt, tức là chúng có thể sản xuất điện năng từ cả dạng nhiệt và ánh sáng của bức xạ mặt trời. Nó không chỉ tận dụng được ánh sáng mặt trời mà còn hấp thụ được bức xạ hồng ngoại và biến thành dòng điện. Như vậy, điều làm cho loại pin mặt trời này trở nên độc đáo chính là khả năng sản xuất ra điện năng ngay cả ở trong bóng tối.

Theo các nhà khoa học, loại pin quang điện nhiệt mới này mạng lại hiệu quả cao hơn nhiều so với những loại pin mặt trời thông thường. Vật liệu nano mới này cũng mở ra một dòng sản phẩm mới – pin mặt trời có thể sản xuất ra điện năng trong bóng tối, ngay cả khi mặt trời không chiếu sáng.

Các nhà khoa học tìm thấy nhiều ứng dụng tiềm năng của phát minh này như ứng dụng vào việc sản xuất điện năng theo nhu cầu và tái chế nhiệt bức xạ từ động cơ ô tô.

Nguồn: TKNL (Theo The Green Optimistics)

Cách phân biệt chất lượng tấm pin năng lượng mặt trời nào tốt

Nangluong.news – Chào mọi người, thỏa theo rất nhiều lời yêu cầu của các bạn yêu thích điện năng lượng mặt trời thì hôm nay SolarV Vũ Phong sẽ viết bài về: Cách phân biệt chất lượng tấm pin năng lượng mặt trời.

Bài viết dựa trên các thông tin chuẩn của ngành để gửi tới bạn đọc 1 cái nhìn khách quan nhất về chất lượng cũng như tuổi thọ của pin năng lượng mặt trời.

Phát biểu của ThS.KS Phạm Nam Phong, CEO SolarV Vũ Phong về thị trường tấm pin mặt trời hiện nay có đoạn: “Có nhiều loại pin năng lượng mặt trời được nhập khẩu từ Trung Quốc có giá rất rẻ trên thị trường mặc dù ghi Technology in Germany, in USA, in Japan… nhưng hầu hết được được lắp ghép từ các cells thải (cells loại) có độ nứt gãy cao và không đồng nhất khi chụp qua máy EL, dùng một thời gian từ 1 đến vài năm sẽ dễ xảy ra hiện tượng mất áp và do đó giảm tuổi thọ rất nhanh do các vết nứt gãy bên trong giãn nở dưới nắng nóng (do các cells của tấm pin được nối tiếp với nhau nên hỏng 1 cell nghĩa là hỏng cả tấm pin). Do vậy quý khách hàng không nên vì rẻ hơn một chút mà thay vì sử dụng được trên 30-50 năm thì lại chỉ sử dụng được vài năm”, thực hư điều đó như thế nào chúng ta cùng nhau phân tích…

Hiện nay phổ biến nhất pin mặt trời đang được sử dụng hiện nay là Pin tinh thể silic. Chỉ có một số rất ít nhà máy làm công đoạn sản xuất ra tế bào quang điện còn lại hầu hết các nhà máy khác chỉ làm công đoạn lắp ráp, tức là mua khung nhôm, kính, tế bào quang điện… lắp ghép lại thành tấm pin mặt trời kích thước khác nhau. Ở Việt Nam hiện tại cũng chỉ có nhà máy lắp ráp tấm pin mặt trời như vừa đề cập. Như vậy chất lượng tấm pin sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau

1. Chất lượng của tế bào quang điện (solar cells). 

Tế bao quang điện là thành phần quan trọng nhất của tấm pin. Một tấm pin được cấu tạo thông thường bằng nhiều tế bào quang điện ghép nối tiếp lại với nhau, số tế bào quang điện phổ biến thường là 18 cells cho hệ 6V, 36 cells cho hệ 12V, 54 cells cho hệ 18V và 72 cells cho hệ 24V. Các tế bào này ghép nối tiếp với nhau nên nếu 1 tế bào không đạt chất lượng hoặc hỏng thì có thể hỏng cả tấm pin. Như vậy sự đồng đều về chất lượng các tế bào quang điện là rất quan trọng.

Trong quy trình sản xuất tế bào quang điện, thông thường người ta chia chất lượng tế bào quang điện thành 24 loại khác nhau, loại A hiệu suất cao nhất và có chất lượng cao nhất lấy từ loại tế bào quang điện chất lượng từ 1 đến 8, loại B từ 9 đến 16 và loại C từ 17 đến 24. Nếu chất lượng kém hơn chuẩn của loại 24 thì sẽ loại ra và gọi là cell thải (cell loại). Vậy khi mua pin mặt trời thì Cell loại A là tốt nhất.

Có một thực tế rất nguy hiểm: đó là thay vì loại tế bào chất lượng kém hơn 24 phải được bỏ đi thì rất nhiều xưởng sản xuất ở Trung Quốc tìm mua lại theo kg và ghép thành tấm pin giá rất rẻ bán ra các thị trường dễ tính, trong đó có Việt Nam. Những tế bào quang điện này khi đo vẫn ra điện, nhưng bên trong sau khi chụp quang (EL test) sẽ thấy những đường nứt gãy, sau thời gian sử dụng với sức nóng của mặt trời các vết nứt này rộng ra và tế bào đó bị ngắt mạch, có thể gây giảm hiệu suất hoặc hỏng hoàn toàn cả tấm pin. Do vậy có nhiều tấm pin xuất xứ không rõ ràng từ Trung Quốc có thể bị hỏng hoặc không ra điện chỉ sau một vài năm sử dụng, trong khi tiêu chuẩn ngành là hơn 30 năm!

tam_pin_mat_troi_02

Hình minh họa trên cho thấy nhìn bằng mắt thường không thể biết được tấm pin có bị nứt gãy hay không mà phải chụp qua máy chụp quang (EL Test), nên khách hàng chỉ nên mua pin mặt trời từ những nhà cung cấp uy tín thì sau này chế độ bảo hành sẽ yên tâm hơn. Các thương buôn có thể cũng ghi thời hạn bảo hành dài nhưng khi gặp sự cố họ sẽ trốn tránh trách nhiệm vì giá trị một tấm pin là khá cao…

2. Chất lượng của khung nhôm, kính, và lớp EVA, hộp ra dây điện…

Về các thành phần này thì quý khách hàng có thể nhận định khi nhìn bên ngoài, là khung nhôm dày, chắc chắn, mặt kính cũng phải dày và chắc chắn, lớp màng phía sau rờ cảm giác chất lượng, không mỏng và nhăn nheo… Các thành phần này chỉ ảnh hưởng ít tới chất lượng pin nhưng thường các tấm pin dùng cells thải (cells loại) thì các thành phần khác họ cũng không dùng hàng chất lượng để giảm giá thành thấp nhất.

3. Có phải pin càng to càng tốt?

Người Việt nói chung thích to! Nên các thương buôn cũng dựa vào đó để cố gắng tìm mua những tấm pin to. Đó thật sự là một sai lầm lớn! Như đã đề cập ở trên, Cells loại A có hiệu suất cao nhất đồng nghĩa với chất lượng cao nhất, khi ghép các cells loại này để thành tấm pin thì chúng ta có một tấm pin hiệu suất cao nhất. Với cùng diện tích 1m2 tấm pin dùng cell loại A hiệu suất 17-18% có thể cho ra hơn 160-170W điện, trong khi cũng diện tích này nếu dùng Cell thải hiệu suất 10-12% thì chỉ cho ra 100-110W điện mà thôi. Và Cells thải thì sẽ rất mau hỏng! Ở Âu Mỹ họ có 1 tiêu chuẩn bắt buộc, là tấm pin 1m2 thì tối thiểu phải đạt bao nhiêu watt, ví dụ trên 150W chẳng hạn. Còn ở Việt Nam cách các thương buôn tư vấn cho khách hàng là Pin nhỏ là pin không đủ hiệu suất, pin tôi to hơn – Đúng rồi pin nhỏ nếu dùng cell thải thì sao đủ hiệu suất được.

4. Và đây là tiêu chuẩn ngành – áp dụng cho các hãng sản xuất tấm pin uy tín:

Tiêu chuẩn ngành là: tấm pin phải đạt hiệu suất cao hơn 80% sau 25 năm sử dụng! Vậy các bạn nghĩ các tấm pin giá rẻ từ Trung Quốc có đạt được tiêu chuẩn này không?

solar_panel_standard

Hình ảnh nhà máy pin ARMSolar Singapore mà SolarV Vũ Phong ký kết làm đối tác độc quyền tại Việt Nam, Campuchia, Lào và Myanmar

Nhà máy ARMSolar Singapore hiện đại

Hình: nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời.

Hình: nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời.

Dây chuyền tuyển chọn Cells loại A tự động cho pin mặt trời ARMSolar Singapore.

WP_20140521_14_50_48_Pro

WP_20140521_15_00_06_Pro

Ảnh: Ông Phạm Nam Phong tại dây chuyền tuyển chọn cells cho tấm pin ARMSolar Singapore

Và tại sao SolarV Vũ Phong lại chọn ARMSolar Singapore – ví chất lượng tương đương pin sản xuất chính hãng tại Đức/Nhật nhưng giá thành cạnh tranh hơn rất nhiều cho người tiêu dùng Việt. Hãy liên hệ 19002078 hoặc Fanpage: https://www.facebook.com/solarpower.vn/ để kết nối với chúng tôi. Đội ngũ kỹ sư sẽ tận tình tư vấn cho bất kỳ yêu cầu nào của khách hàng.

Nguồn: Vuphong.vn

So Sánh Pin LI-ION Và LI-PO

Nangluong.news – Pin li-ion va pin li-po chúng là gì ? Trong hàng thập kỷ qua, sau rất nhiều thử nghiệm, hai loại pin-lithium-ion và pin lithium-polymer trở nên như một lựa chọn tốt nhất cho điện thoại di động.

LithiumIon-vs-Lithium-Polymer_zpsa05ab9a4

Các sản phẩm kỹ thuật số và cả pin dự phòng …tuy nhiên cũng có rất nhiều thắc mắc xung quanh 2 công nghệ pin lithium-ion và pin lithium-polymer thậm chí cả các thắc mắc bên các website nước ngoài, chúng có những ưu và nhược điểm gì? Trên thực tế có rất nhiều người “thần thánh hóa công nghệ pin Polymer” hoặc thổi phồng, tuy nhiên khi hỏi chúng hơn nhau điều gì thì có thể không trả lời được. Vậy có phải pin lithium ion thua xa pin LI-PO? Vâng rất nhiều thắc mắc xung quanh vấn đề ấy nhưng nhìn chung công nghệ nào cũng có những hạn chế nhất định. Vậy đâu là sự khác biệt?

Lithium Ion vs. Lithium Polymer – What’s the Difference?

Nói đến pin, giới công nghệ thường gán cho nó cái danh hiệu “đứa con èo uột” điều đó cũng có nghĩa là công nghệ này thật không hề đơn giản để có thể phát triển theo kịp xu hướng công nghệ đã rất hiện đại. Các phiện bản lithium cũng khá nhiều, và tất nhiên nó cũng là phạm trù rất dài liên quan đến các thuật ngữ kỹ thuật. Tuy nhiên chúng ta chỉ nên tìm hiểu công nghệ thông dụng nhất và chỉ nên tóm tắt ngắn gọn, dễ hiểu.

Thành phần cấu tạo của pin lithium:

Pin Lithium lion đã có thời gian phát triển khá lâu để người dùng có thể trải nghiệm rộng rãi trong lĩnh vực năng lượng di động. Chúng sử dụng điện cực dương (lithium cobalt oxide, lithium sắt photphat hoặc lithium mangan oxit), điện cực âm (thường là chì) và chất điện phân (ethylene carbonate, diethyl cacbonat). Các điện được lưu trữ trong các dung môi hữu cơ giữa các điện cực. Toàn bộ pin được ràng buộc chặt chẽ bởi các vỏ bọc kim loại (chính điều này đã làm pin lithium khó tùy biến theo hình dạng khác nhau và nặng hơn đến 20% so vơi pin Lipo ) để an toàn pin lithium luôn được tích hợp 1 vi mạch bảo vệ .

Tính an toàn:

Pin nào cũng nguy hiểm và luôn tiềm ẩn 1 vụ cháy hoặc nổ, mức điện năng càng lớn mức nguy hiểm càng cao. Các chuyên gia đều có những khuyến cáo khi sử dụng và thường phải tuân thủ các quy định riêng nếu muốn chúng được an toàn, cả 2 loại pin đều có thể phát nổ nếu bị chập hay quá tải hay điện áp vượt ngưỡng 4.2V. Thông thường các loại pin lithium – ion dễ cháy hơn bởi thiết kế đặc thù là vỏ bọc kim loại. Tuy nhiên chúng đều được trang bị 1 vi mach trên đó tích hợp các chip bảo vệ cho khả năng tự ngắt mạch khi có dấu hiệu mất an toàn. Tất nhiên chúng vẫn cần có chế độ chăm sóc đặc biệt khi sử dụng để có thể tối ưu hiệu xuất và nâng cao tuổi thọ.

Pin LIPO ( Lithium Polymer)

Về cơ bản thành phần hóa học bên trong cũng gần giống như các tế bào Li-Ion thông thường – Pin LiPo yêu cầu sự chăm sóc đặc biệt và phù hợp nếu bạn muốn kéo dài tuổi thọ hơn các Pin công nghệ khác. Sạc, Xả và lưu trữ tất cả đều ảnh hưởng đến tuổi thọ của Pin, sai quy tắc hoặc sơ suất có thể làm hỏng Pin.

pin-liyhium-li-polymer-batteries-fig3_zps49d5d05f

Cấu trúc của lithium polymer

Như với hầu hết các loại pin, pin LiPoly sẽ phát nổ nếu bị quá tải nhưng vì chứa gel polymer vậy nên phản ứng cháy của chúng thường khó hơn. Tuy nhiên, phần lớn chúng lại không được trang bị các mạch bảo vệ vậy nên vẫn có thể xảy các hiện tượng phù pin dẫn đến chập cháy điển hình là như các hiện tượng cháy nổ trên điện thoại Iphone và 1 số máy sử dụng lõi pin litium polymer trong suốt thời gian vừa qua

Pin lithium-polymer khó cháy nhưng vẫn có thể phát nổ và tỉ lệ phồng rộp cao hơn

Pin lithium-polymer khó cháy nhưng vẫn có thể phát nổ và tỉ lệ phồng rộp cao hơn

Ưu điểm và nhược điểm: Lithium Polymer Battery Advantages

Pin Lithium-ion (Li-ion): Điện áp tối thiểu cho phép là 3V7 và 4V2 khi sạc đầy.

Ưu điểm:

+  Dòng điện rò rỉ rất thấp, chu kỳ sạc xả 400 lần theo quy chuẩn nhưng có thể hơn tùy theo quy chuẩn hóa của các hãng và người sử dụng.

+  Lưu trữ được nhiều năng lượng hơn các dòng pin Ni-Cd và Ni-MH thế hệ trước.

+  Trọng lượng nhẹ, dòng phóng điện tốt nên được ứng dụng hầu hết các thiết bị kỹ thuật số …lithium ion không bị hiệu ứng nhớ, điện áp trên mỗi Cell lớn hơn đến 3 lần các thế hệ pin trước theo chuẩn 3.7V thay vì 1.2V và nếu muốn có điện áp cao hơn chỉ cần mắc nối tiếp và sử dụng 2 cực đơn giản là – và + nên hạn chế tối đa khả năng chập cháy.

Nhược điểm:

+  Pin lithium bị suy giảm chất lượng dù bạn có sử dụng hay không.

+  Bạn có thể mua pin khi cần thiết nhưng nếu không dùng và chẳng thèm để ý đến nó trong 1 đến 2 năm bạn có thể lấy ra tiêu hủy là vừa vậy nên khi mua pin đừng nên chọn các pin có thời gian xuất xưởng quá 2 năm.

+  Pin có thể hỏng nếu bạn để điện áp kiệt dưới mức cho phép trong thời gian dài hoặc sẽ gây phù pin nếu điện áp vượt quá 4.2 v/cell. Tuy nhiên hầu hết các pin loại tốt hiện nay đều có vi mạch bảo vệ nên thường hạn chế mức thấp nhất của sự cố.
+  Do có cấu tạo đặc biệt nên hình dáng của pin luôn là hình khối, điều này hạn chế phần nào khi áp dụng sản xuất cho các thiết bị đòi hỏi ổ pin nhỏ và khó thường chúng nặng hơn pin POLI cùng dung lượng
+  Pin có thể chịu được các va đập tuy nhiên các va đập quá mạnh cũng có thể gây chập .

Pin Lithium-Polymer (Li-ion): Điện áp tối thiểu 3V7 và tối đa 4V2

Thông số pin Lithium Polymer và lithium ion mặc định

Thông số pin Lithium Polymer và lithium ion mặc định

Ưu điểm:

+  Dòng điện rò rỉ thấp nếu so với lithium có cùng kích cỡ thì pin Lipo cho khả năng lưu trữ nhiều hơn.

+  Trọng lượng nhẹ và khả năng phóng điện cao nên được áp dụng cho hầu hết các thiết bị số.

+  Cấu tạo là gell polimer nên có thể chịu va đập khá (nó vẫn gây nổ nếu va chạm quá mức cho phép) vậy nên cũng thường được áp dụng cho các thiết bị điều khiển radio như mô hình máy bay cũng giống như pin lithium ion chúng không bị hiệu ứng nhớ.

+  Đặc biệt chúng có thể tùy biến hình dáng và kích thước để phù hợp với các sản phẩm khác nhau cũng như pin lithium ion, mỗi cell pin gấp 3 lần điện áp trên các dòng pin đời cũ.

+  Chúng cũng có 2 tiếp điểm – và + nên hạn chế tối đa chập cháy do đoản mạch.

Nhược điểm:

+  Chúng phát triển giới hạn so với lúc chúng được trình làng.

+  Giá thành chi phí xuất xưởng cao hơn cũng như lithium ion bị suy giảm chất lượng theo thời gian dù bạn có sử dụng hay không, nó cũng cần các chế độ bảo quản phù hợp nếu không muốn chúng bị suy giảm chất lượng nhanh chóng.

+  Chúng sẽ bị phù và chập cháy nếu điện áp vượt quá ngưỡng 4.2V /CELL, các bao bì mềm trên các tế bào polymer có thể dễ dàng đâm thủng, sự rò rỉ dẫn đến tình trạng chập mạch nội bộ hoặc tự xả gây suy yếu và nếu bị phù sẽ lớn hơn so với công nghệ pin litjhium được bao bọc bởi vỏ kim loại.

+  Độ bền ít hơn 1 chút nếu sử dụng thời dài so với pin li-ion

Bảng so sánh thông số các loại pin

Bảng so sánh thông số các loại pin

Hiệu xuất pin còn lại 80% sau chu kỳ và mức độ chịu quá tải + khả năng tương thích nhiệt độ

Hiệu xuất pin còn lại 80% sau chu kỳ và mức độ chịu quá tải + khả năng tương thích nhiệt độ

Kết luận:

Về chất lượng độ bền của POLI kém hơn nhưng mức độ chịu quá tải lại hơn lithium tuy nhiên khả năng chịu nhiệt lithium tốt hơn LIPO và mọi thứ khác có thể nói chúng là như nhau nhưng lipo có ưu điểm như có thể chịu va đập cao hơn, khó cháy (nhưng cháy khá dữ dội) kiểu dáng có thể tùy biến, trọng lượng nhẹ phù hợp cho các thiết bị dạng nhỏ như tai nghe bluetooth, máy nghe lén, và các thiết bị số yêu cầu hình dáng mỏng. Tuy nhiên chúng lại đắt hơn và cũng dễ bị đâm thủng hay phồng rộp nhiều hơn nếu bị các lỗi kỹ thuật. Tất nhiên đó chỉ là những điều “nếu có xảy ra” vậy nên nếu bạn đang dùng 1 điện thoại hay máy tính bảng hay gì đi nữa thì cả 2 sự lựa chọn đều là giải pháp hoàn hảo. Có điều các pin lithium ion luôn là sản phẩm được các nhà phát triển quan tậm tối ưu vì thế chuẩn chu kỳ từ 400 lần hiện nay chúng đã có những sản phẩm lithium ion lên đến hơn 1000 lần sạc. Hơn nữa các chế độ xả sâu khiến pin lipo dễ phồng rộp nên cũng không có gì lạ khi mà công nghệ pin Lithium- ion vẫn còn được các thương hiệu điện thoại cao cấp như VETU, MOBIADO PROFESSIONAL…có giá thành lên đến hàng trăm ngàn đô la vẫn sử dụng. Chúng cũng phổ biến đối với quân đội, xe điện và những người tham gia trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Do chúng chịu được nhiệt độ dưới (-), nghiên cứu liên tục được cải thiện mật độ năng lượng, độ bền, chi phí và an toàn tổng thể của pin vẫn sử dụng các pin mang công nghệ lithium lon.

Có thể bạn chưa biết :

Công nghê pin lithium -Iron + Có 1 công nghệ pin vượt trội chính Lithium iron Phosphate gọi tắt (là Lithium -iron )(LiFePO4) được phát triển bởi nhóm nghiên cứu của John Goodenough tại Đại học Texas năm 1997 vơi những ưu điểm vượt trội so với 2 loại trên như độ bền, chịu nhiệt và chu kỳ lên đến 3000/lần sạc , mức độ an toàn cao tuy nhiên điện áp danh đinh là 3.2V > 3.6V + Còn 1 số loại pin nữa nhưng chúng chưa thông dụng có thể sẽ lên ngôi trong thời gian tới. + Pin cũng như mọi thiết bị điện tử cùng 1 loại pin lithium ion hay lithium polymer ...có thể chất lượng sẽ khác nhau tùy vào hãng sản xuất . .....

Công nghê pin lithium -Iron.

Công nghê pin lithium -Iron

+  Có 1 công nghệ pin vượt trội chính Lithium iron Phosphate gọi tắt (là Lithium -iron )(LiFePO4) được phát triển bởi nhóm nghiên cứu của John Goodenough tại Đại học Texas năm 1997 vơi những ưu điểm vượt trội so với 2 loại trên như độ bền, chịu nhiệt và chu kỳ lên đến 3000/lần sạc , mức độ an toàn cao tuy nhiên điện áp danh đinh là 3.2V > 3.6V.

+  Còn 1 số loại pin nữa nhưng chúng chưa thông dụng có thể sẽ lên ngôi trong thời gian tới.

+  Pin cũng như mọi thiết bị điện tử cùng 1 loại pin lithium ion hay lithium polymer …có thể chất lượng sẽ khác nhau tùy vào hãng sản xuất.

Nguồn SolarV Vũ Phong

Chi tiết hơn về pin kim loại lỏng

(Nangluong.news) – Pin Kim Loại Lỏng

Nhóm nghiên cứu gồm giáo sư Donald Sadoway và tiến sĩ David Bradwell, tại Viện Công nghệ Massachusettes, Mỹ đã chế tạo thành công mẫu sản phẩm pin kim loại lỏng với tính năng đột phá. Loại pin này tự sản sinh ra dòng điện khi hai kim loại không đồng dạng kết hợp để tạo thành một hợp kim. Khi pin sạc làm đảo ngược tiến trình tái cấu trúc các kim loại ban đầu. Vì các kim loại và chất điện phân cần ở dạng lỏng cho sự chuyển động ion cần thiết dẫn đến các phản ứng xảy ra, pin phải hoạt động ở nhiệt độ rất cao. Tuy nhiên điều này cho phép mật độ dòng điện rất cao và cường độ lớn hơn so với pin thông thường. Chính vì vậy pin kim loại lỏng thích hợp cho các thiết bị sử dụng điện lưới thông thường

Mô Tả

Các nghiên cứu phát triển ban đầu được tiến hành bằng cách sử dụng các điện cực kim loại bằng magiê (Mg) và antimon (Sb) với một chất điện phân gồm clorua magiê, natri và kali (MgCl2 : NaCl : KCl (50:30:20 mol %)). Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều loại hợp kim thay thế khác nhau nhằm cải thiện hiệu suất và giảm chi phí, nhưng để dể hiểu hơn cách thức hoạt động, bản phân tích này sẽ dựa trên các thành phần nguyên thuỷ ban đầu

Sơ đồ dưới đây thể hiện cấu trúc và nguyên lý hoạt động của pin kim loại lỏng. Cell pin được cấu tạo bởi một lớp vỏ bọc cách điện chứa hai kim loại: magiê và antimon, ngăn cách bởi chất điện phân là muối nóng chảy. Do mật độ và mức độ không hoà trộn khác nhau, khi đun nóng đến dạng lỏng, ba thành phần hoạt động kể trên không hoà lẫn mà tự cách ly theo mật độ của chúng và trôi vào ba lớp riêng biệt. Tuy nhiên, các chất điện phân có thể hòa tan cả các kim loại. Vì thế, không cần màng ngăn như được sử dụng trong các cell pin thông thường.

liquid_battery

Nguyên Lý Hoạt Động

Hoạt Động Xả

Magie đóng vai trò cung cấp các hạt điện tích (electrons) và chu kỳ xả bắt đầu với sự thừa của các electron trên các cực thu dòng âm (anode) hỗ trợ một điện trường ngang qua cell giữa anode và cực thu dòng dương (cathode). Có một số lượng tối đa của magiê trong lớp anode và antimon tinh khiết trong lớp cathode.

Trong thời gian xả, anode magiê bị tiêu hao vì ion dương Mg2 + di chuyển từ lớp magiê phía trên rỉ ra qua chất điện phân để tạo thành một hợp kim Mg – Sb với antimon trong lớp phía dưới, điều này làm tăng thể tích của nó. Các electron dư thừa trên anode chảy qua mạch bên ngoài tới các cathode, tại đó các electron trung hòa điện tích dương của các ion dương. Dòng ngoài chảy theo hướng ngược lại chiều của các electron, đó là, từ cathode (đầu dương) đến anode (đầu âm) cung cấp điện cho tải. Chất điện phân không tham gia vào phản ứng hoá học. Điện áp xả là 0.4V.

Hoạt Động Sạc

Năng lượng từ một nguồn bên ngoài dẫn các electron theo hướng ngược lại đồng thời kéo các ion magiê từ hợp kim Mg – Sb trả lại lớp magiê kim loại trở về lớp trên cùng, từ đó tái hình thành hệ thống có ba lớp chất lỏng riêng biệt. Khi sạc xong, vẫn tồn tại sự khác biệt điện áp giữa hai điện cực, cung cấp điện trường đưa dòng điện qua tải ngoài.

Điện áp sạc là 0.55V

Lưu ý: Pin không cần nguồn nhiệt bên ngoài vì nhiệt độ cao được duy trì bằng cách tự nung nóng do dòng điện chảy và các phản ứng hóa học. Các magiê – antimon cell nguyên mẫu cần một nhiệt độ nóng chảy khoảng 700°C (1300°F) hoặc cao hơn, nhưng sau đó, các nhà nghiên cứu đã tìm ra chất hóa học thay thế để giảm nhiệt độ nóng chảy xuống đến 450°C (842°F).

Hiệu Suất Cell

Đường Cong Sạc – Xả

Trường hợp điện áp cell là 0.4V và dòng xả 50 mA/cm2, 100 cm2 diện tích cell sẽ cung cấp 2W hoặc 200 W/m2

liquid_cell_volts

 

 

 

 

 

 

Dung lượng Cell (Cell Capacity) với Tỉ lệ xả (Discharge Rate)

Đồ thị phía dưới thể hiện rằng việc tăng dòng xả cell dẫn đến sự giảm mạnh ở cả hai điện áp và dung lượng cell.

10 cm2 có thể cung cấp 50Wh với dòng xả 5Amps nhưng nếu dòng tăng lên 20 Amps thì dung lượng là 20 Wh

liquid_cell_capacity

 

 

 

Hiệu suất Coulombs của quá trình hóa học Mg – Sb ban đầu là khoảng 98 % không tính đến năng lượng bị mất đi khi duy trì nhiệt độ cao của cell, hiệu suất hai chiều sạc – xả của cell là khoảng 69% .

Điện áp cell thấp có nghĩa là phải cần số lượng lớn cell để tạo ra pin dung lượng cao. Tuy nhiên nhờ vào mật độ dòng cao của từng cell, công nghệ cell mới này vẫn tốt hơn khoảng mười lần so với cell thông thường.

Ưu Điểm

  • Mật độ dòng cao (tương đương với khả năng cung cấp dòng cao).
  • Vòng đời kéo dài (vòng đời được dự kiến là hơn 10,000 chu kỳ)
  • Thiết kế theo module, có thể chế tạo được kích thước lớn lên đến nhiều megawatt
  • Chi phí nguyên vật liệu thấp
  • Vận hành đơn giản
  • Thời gian phản ứng như với tất cả các pin điện hóa nhanh trên từng mili giây.
  • Các điện cực lỏng được khôi phục lại qua mỗi chu kỳ sạc, nhờ đó có thể loại trừ dung lượng ảo được hình thành từ các tinh thể có dạng nhánh cây hoặc phân mảnh xảy ra như loại pin thông thường, tạo nên vòng đời dài hơn.
  • Không cần hệ thống quản lý giám sát năng lượng pin BMS

Phát Triển Trong Tương Lai

Mặc dù pin đã được chứng minh thành công trong thực tế, nhóm nghiên cứu vẫn đang không ngừng thử nghiệm nhiều loại hợp kim làm điện cực có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất và mức độ tiêu hao ít hơn nữa để có thể đưa vào sản xuất đại trà trong thời gian tới.

Chất liệu hoá học mới của cell đã được ứng dụng để giảm nhiệt độ hoạt động xuống còn 450°C như đã nói ở trên. Điều này mạng lại sự cải thiện về hiệu suất hai chiều sạc –xả tới 75%, được ứng dụng hiệu quả cho hệ thống bơm lưu trữ, mà không yêu cầu đặc biệt về địa điểm lắp đặt.

Điện áp cao hơn được thử nghiệm thành công bằng cách thay thế các anode magiê với lithium. Nhóm nghiên cứu giảm chi phí nguyên liệu cũng như nhiệt độ hoạt động (từ 700°C xuống còn 450°C) thành công nhờ vào sử dụng hợp kim của antimon và một lượng nhỏ chì.

Ứng Dụng

Dòng điện nạp xả cao cùng với khả năng lưu trữ lớn và tuổi thọ lâu, pin kim loại lỏng được hứa hẹn là giải pháp lý tưởng cho việc lưu trữ nguồn năng lượng lớn từ lưới điện để dùng cho tải khi mất lưới đặc biệt là dùng để lưu trữ trong hệ thống điện năng lượng mặt trời, điện gió.

SolarV Vũ Phong dịch từ trang http://www.mpoweruk.com/liquid_batteries.htm

Công nghệ pin Li-Air: bước tiến vượt bậc của xe điện

Pin nhiên liệu công nghệ Li-Air đang được phát triển sẽ giúp các mẫu xe EV đạt phạm vi hoạt động xa gấp 10 lần so với các mẫu xe điện hiện nay.

Cong-nghe-Pin-Li-Air-BMW-i
BMW I3
Pin-Lithium-Ion
Nguyên lý hoạt động của pin Lithium-Ion
Hạn chế của các dòng xe chạy điện hoàn toàn (EV) hiện nay là phạm vi hoạt động gần, chỉ thích hợp với nhu cầu di chuyển nội thị và hàng ngày. Các hãng xe hơi vẫn chọn phương pháp sử dụng hệ động cơ lai dùng cả động cơ điện và động cơ đốt trong truyền thống. Nhưng với công nghệ pin Li-Air, xe điện sẽ đạt một bước tiến vượt bậc vươn tới khả năng của xe sử dụng nhiên liệu truyền thống.
Cong-nghe-pin-Li-Air-2

Li-Air là pin hoá học tận dụng quá trình oxy hoá của lithium để tạo ra dòng điện, ưu việt hơn quá trình điện hoá trên các loại pin truyền thống. Tức là Li-Air là loại pin nhiên liệu dùng kim loại rắn và dung môi, sử dụng cả oxy từ môi trường trong quá trình điện hoá. Công nghệ này được quan tâm và phát triển từ cuối năm 2000 nhờ những tiến bộ trong ngành công nghiệp vật liệu mới và nhu cầu ngày càng tăng đối với các nguồn năng lượng tái tạo.

Pin-nhien-lieu-Li-Air
Nguyên lý hoạt động của pin Li-Air
Sự vượt trội của công nghệ này là điện năng riêng cao trên khối lượng và kích thước pin nhất định. Một pin Li-Air có mật độ năng lượng tương đương với năng lượng của xăng với cùng khối lượng. Đó là nhờ sử dụng oxy trong không khí cho quá trình điện hoá chứ không lưu trữ trong pin.Công nghệ pin Li-Air đang được nhóm nghiên cứu khoa Hoá học tại đại học Cambridge phát triển ứng dụng. Trong đó, tấm Lithium được sử dụng dưới dạng graphene (một dạng thù hình khác của nguyên tử Carbon dạng tấm). Trong đó, loại pin này sử dụng hydroxide lithium thay vì lithum peroxide trong grapene lưu trữ. Nhờ hydroxide lithium, loại pin này ổn định hơn 93% so với công nghệ hiện tại và có vòng đời sạc đạt 2.000 chu trình mà không giảm hiệu suất. Ngoài ra, pin Li-Air có thể lưu trữ lượng điện năng gấp 10 lần pin Lithium-Ion truyền thống. Thậm chí, chi phí chế tạo pin mới được kì vọng bằng 80% loại pin nhiên liệu hiện có và nhẹ hơn 80% nếu cùng công suất.

Nếu công nghệ pin này được đưa vào sản xuất khi chi phí chế tạo đảm bảo ưu thế thương mại, các loại xe hơi chạy điện hoàn toàn sẽ đạt được bước tiến mới. Qua những kết quả nghiên cứu sơ bộ của nhóm phát triển của địa học Cambridge, chi phí chế tạo công nghệ pin Li-Air không đắt hơn pin Li-Ion quá nhiều. Đồng thời, xe EV sẽ có khả năng cạnh tranh với các dòng xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống nhờ ưu thế thân thiện, yên tĩnh, chi phí nhiên liệu tiết kiệm và phạm vi di chuyển không hề thua kém.

Solarv Team

Vật liệu kỳ diệu có thể thu năng lượng từ không khí lỏng

Theo một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, các màng graphene có thể được sử dụng để sàng lọc khí hydro từ khí quyển – một sự phát triển có thể mở đường cho việc ra đời máy phát điện chạy bằng không khí.

Tuyên bố táo bạo về công nghệ pin mới có được khoảng hơn 150 năm trước đây từ việc phát minh ra pin chì-axit.

Nhưng các nhà nghiên cứu tại Đại học Manchester ở Anh cho biết phát hiện mới nhất của họ liên quan đến vật liệu graphene mới có thể kỳ diệu hơn cả công nghệ pin trước cách mạng.

Graphen là tấm riêng của các nguyên tử cácbon được bó thành mạng hình tổ ong hai chiều (2D), và là khối căn bản cho các vật chất kiểu than chì bất chấp số chiều. Nó có thể được bọc lại thành những fulleren 0D, cuộn lại thành ống nanô cácbon 1D hoặc xếp thành than chì 3D. Fullerene là những phân tử cấu thành từ các nguyên tử cacbon, chúng có dạng rỗng như mặt cầu, ellipsoid, hay ống. Fullerene có cấu trúc tương tự với than chì, là tổ hợp của lớp than chì độ dày một nguyên tử (còn gọi là graphene) liên kết với nhau tạo thành vòng lục giác; nhưng chúng cũng có thể tạo thành vòng ngũ giác hoặc thất giác.

130429160154-graphene-explainer-1-horizontal-large-gallery

Theo một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, các màng graphene có thể được sử dụng để sàng lọc khí hydro từ khí quyển – một sự phát triển có thể mở đường cho việc ra đời máy phát điện chạy bằng không khí.

“Nghe có vẻ đơn giản và đầy hứa hẹn”, Tiến sĩ Sheng Hu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong dự án cho biết. “Bởi vì graphene hiện nay có thể được sản xuất ở dạng tấm mét vuông, chúng tôi hy vọng rằng nó sẽ sớm được kết hợp với các tế bào nhiên liệu thương mại.”

Chùm năng lượng

Trung tâm của công nghệ này là các tính chất vật lý đáng chú ý của graphene – một chất có cấu trúc nguyên tử giống như chì được tìm thấy trong các cây bút chì bình thường.

Vào năm 2004 một nhóm nghiên cứu từ Đại học Manchester, đứng đầu là Andre Geim và Kostya Novoselov – cả hai đều đoạt giải Nobel Vật lý cho khám phá của họ trong năm 2010 – đã phát hiện ra graphene , từ đó graphene đã được biết đến như là một công nghệ thay đổi cuộc chơi.

Graphene Các tinh thể hai chiều đầu tiên, mỏng nhất, nhẹ nhất và mạnh mẽ nhất được khoa học biết đến, cứng hơn so với kim cương và cứng hơn thép 200 lần.

130429155622-pencil-key-graphene-horizontal-large-gallery

Linh hoạt, trong suốt và có khả năng dẫn điện tốt hơn so với đồng, các chất này mang tính đột phá được thiết lập để cách mạng hóa tất cả mọi thứ từ điện thoại thông minh và công nghệ có thể mặc được,  đến công nghệ xanh và y học.

Nổi tiếng bởi khả năng ngăn cản, graphene chỉ dày bằng một nguyên tử – mỏng hơn một triệu lần so với một sợi tóc của con người.

Công nghệ màng

Phát hiện mới nhất cho thấy graphene có sức hút hơn màng proton-tiến hành đó là cốt lõi của công nghệ pin nhiên liệu hiện đại.

Tế bào nhiên liệu hoạt động bằng cách sử dụng oxy và hydro làm nhiên liệu, chuyển đổi năng lượng hóa học được sản xuất bởi đầu vào của nó trực tiếp thành điện năng. Tuy nhiên, hiện tại màng tách proton cần thiết cho quá trình này là tương đối không hiệu quả, vẫn còn ô nhiễm chéo trong nhiên liệu.

Bằng cách sử dụng màng graphene giúp tăng hiệu quả và độ bền cho pin hơn.

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy proton qua các tinh thể siêu mỏng tương đối dễ dàng, đặc biệt là ở nhiệt độ lớn và với việc sử dụng một chất xúc tác là bạch kim tráng trên màng phim.

141222145600-graph4-horizontal-large-gallery

Thu hoạch hydro

Khía cạnh đáng ngạc nhiên nhất của nghiên cứu đó là tìm thấy màng có thể được sử dụng để trích xuất hydro từ khí quyển. Các nhà khoa học cho biết việc thu hoạch như vậy có thể kết hợp với các tế bào nhiên liệu để tạo ra một máy phát điện di động thúc đẩy đơn giản bằng cách có mặt hydro trong không khí.

Khi bạn biết nó  làm việc như thế nào, bạn sẽ bất ngờ bởi đây là một thiết lập rất đơn giản. Bạn chỉ cần đặt một bình chứa khí hydro ở một bên, đưa một dòng điện nhỏ vào và thu thập hydro tinh khiết ở phía bên kia. Hydro này sau đó có thể được dùng đốt cháy trong một tế bào nhiên liệu.

“Chúng tôi đã làm việc với các màng nhỏ và dòng chảy đạt được của hydro cũng là nhỏ cho đến nay. Tuy nhiên, đây là giai đoạn ban đầu của sự khám phá và chứng nhận này là để các chuyên gia nhận thức được các khách hàng tiềm năng hiện có. Để xây dựng và thu hoạch thử nghiệm hydro sẽ đòi hỏi nỗ lực mở rộng hơn nhiều. ”

Hiện nay, hydro thu được gần như hoàn toàn từ nhiên liệu hóa thạch.

Cuộc cách mạng graphene

Các nhà khoa học đã đang tìm cách mới chế biến graphene và ứng dụng mới cho các vật chất vô hình. Bởi vì nó linh hoạt và khả năng co dãn khiến nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho thế hệ năng lượng mặt trời.

141222145553-graph3-horizontal-large-gallery-2

Nghiên cứu mới của Viện Khoa học Photonic ở Tây Ban Nha đã cho thấy rằng graphene có thể hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng.

Nghiên cứu phát hiện rằng: không giống như silicon chỉ tạo ra một electron cho mỗi photon nó hấp thụ, graphene có thể sản xuất nhiều electron.

Mặc dù các ứng dụng của graphene trong các tế bào năng lượng mặt trời chỉ là lý thuyết, tiềm năng có thể là đáng kinh ngạc. Các tế bào năng lượng mặt trời được làm bằng graphene có thể cung cấp 60% hiệu suất pin mặt trời – được coi là tăng gấp đôi hiệu quả tối đa của các tế bào silicon.

Ngoài sử dụng trong giao thông vận tải vì độ nhẹ và sức mạnh của nó để chuyển đổi hiệu quả nhiên liệu cho sản xuất xe hơi và máy bay, graphene đã được nghiên cứu như một lớp phủ chống ăn mòn cho bao bì và thậm chí cả bao cao su siêu mỏng.

130429160355-graphine-explainer-2-horizontal-large-gallery

Trong y học, các nhà nghiên cứu nói rằng nó có thể được sử dụng để đưa thuốc vào các vùng cụ thể trong cơ thể và đang được phát triển như là một phương pháp  điều trị có điều kiện cho những người có bệnh não.

Trong công nghiệp, màng graphene đang được nghiên cứu sử dụng như một phương tiện làm sạch nước và thậm chí như một cách để trích xuất muối và các yếu tố khác từ nước biển để thành nước thể uống được.

Linh Linh
tham khảo CNN

Pin nhiên liệu Hydro – Ngành công nghiệp của tương lai

Với những ưu điểm vượt trội so với pin truyền thống, cũng như khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, tiềm năng của pin nhiên liệu hydro đang trở nên to lớn hơn bao giờ hết.

Sự bùng nổ của xe điện đã làm thu hút nhiều sự chú ý hơn đến các ứng dụng của pin như để tích trữ và vận chuyển năng lượng. Nhưng không chỉ có các sản phẩm lưu trữ điện năng mới có tốc độ tăng trưởng nhanh. Theo Cơ quan thông tin Năng lượng Mỹ (EIA), ngành công nghiệp pin nhiên liệu đã gần như tăng gấp đôi trong năm 2014 với hơn 50.000 cell pin nhiên liệu được tiêu thụ, trị giá ước tính khoảng 2,2 tỷ USD.

Pin nhiên liệu Hydro là gì ?

Dưới đây là mô tả của EIA về sản phẩm này : Pin nhiên liệu là thiết bị mà phản ứng điện hóa kết hợp giữa hydro và oxygen để sinh điện nước và nhiệt.

pin-nhien-lieu-hydro-nganh-cong-nghiep-cua-tuong-lai

Không như pin thông thường, pin nhiêu liệu có thể liên tục sản sinh ra điện chừng nào nguyên liệu oxy và hydro vẫn còn. Không những thế, pin nhiên liệu không xẩy ra phản ứng đốt cháy nhiên liệu, hầu như không gây ra tiếng ồn trong quá trình phản ứng sản xuất điện, và hiệu quả sinh năng lượng gấp 2, 3 lần động cơ đốt trong. Không những thế, hệ thống pin nhiên liệu là nguồn sản xuất điện sạch và không phát ra các chất thải gây ô nhiễm.

Nói một cách ngắn gọn, pin nhiên liệu là một động cơ tiêu thụ hydro để sản sinh ra điện và nước. Chất lỏng thải ra từ ống xả của xe sử dụng pin nhiên liệu còn sạch hơn nước chảy ra từ vòi rửa trong nhà.

Lý do mà pin nhiên liệu thu hút các nhà đầu tư là do tiềm năng của loại sản phẩm này là rất lớn. Hầu như không có thị trường năng lượng nào mà pin nhiên liệu không thể đặt chân vào, do vậy pin nhiên liệu được đánh giá là thị trường trị giá hàng nghìn tỷ USD.

Nhu cầu ngày càng lớn

Lý do lớn nhất làm cho pin nhiên liệu có hiệu suất cao hơn pin bình thường là do pin nhiên liệu có thể sản sinh ra điện một cách liên tục, trong khi pin bình thường phải trải qua quá trình sạc xả để tái sử dụng. Vì vậy, về mặt lý thuyết, pin nhiên liệu có thể chạy mãi chừng nào còn nhiên liệu.

pin-nhien-lieu-hydro-nganh-cong-nghiep-cua-tuong-lai-2

Đó là lý do vì sao Toyota cho rằng sẽ tiện lợi hơn khi thay vì sạc lại điện cho xe thì họ sẽ tiếp thêm nhiên liệu cho pin nhiên liệu trên xe. Như vậy những chiếc xe như Toyota Mirai sẽ chỉ cần mất 5 phút để có thể di chuyển tiếp thay vì mất hàng giờ để sạc lại điện cho xe. Lợi thế này không chỉ áp dụng được trong lĩnh vực xe điện mà còn trong rất nhiều lĩnh vực khác nữa.

Các công ty Plug Power và Ballard Power System đã dùng những cell pin nhiên liệu thay vì pin truyền thống cho xe nâng của họ trong kho hàng, do những chiếc xe này cần chạy liên tục 24/24h. Dù các xe nâng này cũng đang chạy bằng pin thông thường nhưng nếu dùng pin nhiên liệu sẽ giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc khi có thể tiếp nhiên liệu một cách nhanh chóng thay vì phải mất một ngày để sạc đầy pin cho một xe. Theo EIA, hơn 2500 cell pin nhiên liệu dùng cho phương tiện chuyên chở vật liệu đã được bán năm 2014, và con số này sẽ tiếp tục tăng trong các năm tới đây.

pin-nhien-lieu-hydro-nganh-cong-nghiep-cua-tuong-lai-3

Một thị trường lớn khác cho pin nhiên liệu là thị trường năng lượng điện. Một số tòa nhà đã bắt đầu lắp các cell pin nhiên liệu để làm nguồn điện dự phòng, đây có thể là bước khởi đầu cho việc tham gia vào công nghiệp điện của pin nhiên liệu. Châu Âu đang thử nghiệm việc sử dụng phương pháp điện phân để tác hydro trực tiếp từ nước tái chế tại các nhà máy điện. Từ đó, hydro có thể đi vào hệ thống pin nhiên liệu hoặc được lưu lại để sử dụng sau.

Ưu điểm so với pin truyền thống

Không chỉ có ưu điểm về mặt thời gian nạp nhiên liệu so với pin truyền thống, mà trong lĩnh vực lưu trữ, pin nhiêu liệu hydro cũng có ưu điểm vượt trội về khối lượng. Mặc dù pin truyền thống là vật lưu trữ tuyệt vời với lượng điện hữu hạn trong khoảng thời gian ngắn, nhưng với lượng điện lớn thì lại là nhược điểm của pin truyền thống.

Trong khi đó, với các thùng chứa đủ lớn, các trạm sản xuất hydro có thể sản xuất hydro sạch và lưu trữ nhiên liệu đó nhiều tuần thậm chí nhiều tháng. Đây sẽ là một tùy chọn khác cho việc lưu trữ năng lượng để tối đa giá trị sử dụng và loại bỏ được nhiều thách thức đối với năng lượng tái tạo.

Quy mô thị trường pin nhiên liệu gia tăng đồng nghĩa với việc chi phí sẽ giảm, và có thể ngành công nghiệp lưu trữ điện năng bằng pin nhiên liệu sẽ mang lại lợi nhuận đáng kể.

Tiềm năng vô cùng lớn

Pin nhiên liệu nhờ sự tăng trưởng bùng nổ của xe điện, đã có bước phát triển liên tục trong vài năm qua. Nhưng nếu nhìn trong dài hạn, tiềm năng phát triển của pin nhiên liệu vẫn còn có thể lớn hơn nữa. Với giá trị 2.2 tỷ USD chỉ riêng cho thị trường Mỹ, đó dường như vẫn là quá nhỏ bé, nhưng thị trường này đang tăng trưởng nhanh chóng. Với rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, pin nhiên liệu có thể được sản xuất với quy mô lớn hơn, chi phí thấp hơn và trở thành sản phẩm hấp dẫn hơn cho thị trường năng lượng.

Tham khảo: fool.com

Khám phá lịch sử hình thành và phát triển của pin

Pin là nguồn năng lượng thông dụng cho nhiều thiết bị cá nhân, gia dụng cho đến các ứng dụng công nghiệp.

Pin là nguồn năng lượng thông dụng cho nhiều thiết bị cá nhân, gia dụng cho đến các ứng dụng công nghiệp. Có nhiều chủng loại, kích thước pin khác nhau tương ứng với rất nhiều thiết bị tiêu thụ điện từ đồng hồ đeo tay, đồ chơi trẻ em, điện thoại di động, máy tính bảng đến pin cỡ lớn dùng cho xe điện,… Pin đã, đang và sẽ là một công cụ lưu trữ năng lượng được sử dụng phổ biến không chỉ trong hiện tại mà còn nhiều năm nữa trong tương lai. Chuyên mục ” Mỗi tuần 1 phát minh ” lần này sẽ cùng các bạn tìm hiểu các câu hỏi đặt ra xung quanh loại thiết bị quen thuộc và quan trọng nói trên: Pin được chế tạo lần đầu tiên khi nào? Ai đã phát minh ra pin? Pin sạc có từ bao giờ?…

Tóm tắt các cột mốc quan trọng có liên quan mật thiết đến quá trình phát triển của pin

1-2492388-screen-shot-2014-05-19-at-17-18-47-1400604265385

Pin được phát minh khi nào? 400 năm hay hơn 2000 năm trước?

Một trong những phát minh vĩ đại và đáng chú ý nhất của con người trong 400 năm qua chính là điện. Những dòng điện đầu tiên có thể được tạo ra trước đó, nhưng mãi đến cuối những năm 1800 thì nhân loại mới chứng kiến được những ứng dụng cụ thể của điện. Đó là 250.000 bóng đèn dây tóc thắp sáng Triễn lãm tiêu dùng tại Chicago, Mỹ năm 1893 hay làm một cây cầu bắt qua sông Seine, Paris phát sáng tại Hội chợ thế giới năm 1900.

Tuy nhiên, những dòng điện đầu tiên đã được con người tạo ra từ nhiều năm trước đó. Vào năm 1963, trong quá trình xây dựng tuyến đường sắt gần Baghdad, những công nhân đã phát hiện ra những “viên pin của người Parthian” có niên đại lên tới 2000 năm nằm trong một hầm mộ cổ. Đây là những viên pin xuất hiện sớm nhất trong lịch sử loài người do bàn tay chế tạo của những người Parthian, một dân tộc miền Bắc Ba Tư.
2-2492356-parthian-1400604263766

Trong số những di tích được tìm thấy trong lăng mộ, các nhà khảo cổ đã tìm thấy một cái vại hoặc bình bằng đất sét chứa đầy giấm với một thanh sắt cắm vào chính giữa sau đó niêm phong kính miệng bình. Xung quanh thanh sắt được bao bọc bởi ống quấn bằng các tấm đồng. Mỗi bình có chiều cao khoảng 15 cm, ống đồng có đường kính khoảng 4 cm và dài 12 cm. Sau khi dựng lại và thử nghiệm với một phiên bản tương tự, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng “bình pin” có khả năng tạo ra dòng điện từ 1,5 đến 2 V giữa trụ sắt và tấm đồng.

Qua đó, các nhà khoa học đã dự đoán rằng những người Parthian cổ đại đã sử dụng các công cụ tạo ra dòng điện để mạ vàng và bạc vào những vật dụng từ những năm 250 trước công nguyên. Nhiều nhà khoa học cho rằng người Parthian chỉ sử dụng các công cụ trên cho mục đích mạ chứ chưa nhìn nhận nó như một nguồn năng lượng. Nhiều bằng chứng khảo cổ khác cho thấy những người Ai Cập cổ đại cũng đã biết mạ antimon lên các vật dụng bằng đồng từ hơn 4300 năm trước. Các di tích khảo cổ khác cũng cho thấy những người Babylon cũng đã khám phá và sử dụng kỹ thuật dùng nước ép nho như một chất điện phân để mạ vàng lên đồ trang sức.

1786 – Cặp chân nhái đã chết nhưng biết cử động!

3-2492352-luigi-galvani-experimenting-1400604262258
Giáo sư Cơ thể học Luigi Galvani (1737-1798) với phát hiện đâm que sắt vào chân nhái đặt trên bàn kim loại khiến chân nhái co giật​

Năm 1786, trong khi thực hiện một bài giảng, giáo sư Cơ thể học Luigi Galvani (1737-1798) tại trường Đại học Bologne, Italy, đã dùng một thanh kim loại đâm vào một con nhái đã lột da. Do tình cờ con nhái được đặt trên mặt bàn bằng kim loại, chân con nhái có hiện tượng co giật lại. Galvani đã rất ngạc nhiên với hiện tượng này và sau vài ngày tìm hiểu, ông đã nhận ra rằng chân nhái co giật khi đầu thanh kim loại đâm vào và chạm tới mặt bàn kim loại bên dưới.

Một ngày khác, Galvani đã dùng một móc đồng phơi đôi chân nhái phía trên một thanh sắt ngoài ban công. Galvani đã nhận thấy rằng khi gió thổi khiến đôi chân nhái đung đưa chạm vào thanh sắt và ngay tức khắc, chân nhái sẽ bị co giật. Ông suy nghĩ để cố lý giải cho hiện tượng kỳ lạ này và một ý tưởng đã lóe lên trong đầu ông: điện. Galvani kết luận rằng điện có trong khắp mọi vật và có trong cả đôi chân nhái. Ông đặt tên cho loại điện này là “điện của sinh vật” và công bố phát hiện của mình trên một bài báo khiến cho giới khoa học gia châu Âu hết sức sửng sốt với loại điện mới này.

Ngày nay, chúng ta đều biết rằng Galvani đã nhầm lẫn khi cho rằng đó là điện của sinh vật và ông chỉ dừng lại ở hiện tượng mà không tìm hiểu nguyên nhân sinh ra điện. Tuy nhiên, phát hiện trên của Galvani đã tiến rất gần tới những nguyên lý mở đường cho việc chế tạo pin sau này.

​”Pin Volta” – Pin đầu tiên của nhân loại ra đời vào năm 1800

4-2492360-volta-1400604260645

Alessandro Volta (1745-1827) là giáo sư vật lý tại Đại học Pavie, Italy, cha đẻ của pin​

Alessandro Volta (1745-1827) là giáo sư vật lý tại Đại học Pavie, Italy. Trước đó, Volta đã có nhiều nghiên cứu nhằm tăng cường tính điện của chai Laiden. Trước đó, ông đã đề xuất mô hình “súng lục bắn điện” nhằm thực hiện liên lạc đường dài. “Khẩu súng lục điện” được nối với một sợi dây sắt và đặt trên các cọc gỗ kéo dài từ Milan đến Como, Italy. Đầu cuối của dây sắt được nối với một chai chứa đầy khí mêtan. Khi muốn gởi một thông điệp được mã hóa, “súng lục điện” sẽ “bắn” một tia lửa điện và người nhận sẽ “đọc” được các thông điệp trên chai chứa mêtan. Dù vậy, mô hình của ông không hề được chế tạo thực sự.

Từ khi Galvani phổ biến các phát hiện của mình về “điện của sinh vật” vào năm 1791, tại nhiều phòng thí nghiệm lớn tại châu Âu, hàng loạt các nhà khoa học đã thực hiện các thí nghiệm với đôi chân nhái của Galvani. Có người đã nối đôi chân nhái với chai Leiden (hình thái đầu tiên của tụ điện, một chai thủy tinh tích trữ tĩnh điện giữa 2 điện cực bên trong và bên ngoài chai) và nhận thấy rằng đôi chân nhái có sự co giật dữ dội. Với thí nghiệm trên, các nhà khoa học bắt đầu nghi ngờ về giả thuyết “điện sinh vật” của Galvani. Trong số những người phản đối giả thuyết có Alessandro Volta.

​Đối với thí nghiệm chân nhái , Volta không quan tâm đến hiện tượng co giật đơn thuần, sâu xa hơn, ông cố gắng tìm hiểu nguồn điện đã sinh ra từ đâu để làm chân nhái có thể co giật. Volta nhận thấy rằng chân nhái chỉ co giật khi có sự tiếp xúc của 2 kim loại khác nhau. Sau khi tiếp tục nghiên cứu, Volta phát hiện thêm rằng điện sinh ra do phản ứng hóa học và hiện tượng co giật của chân ếch chỉ xảy ra khi 2 kim loại khác nhau tiếp xúc trong một dung dịch muối. Cụ thể, dung dịch muối tồn tại bên trong cơ thịt của chân nhái.

5-2492353-mo-hinh-pin-volta-1400604258533

Mô hình pin của Volta​

Mô hình pin đầu tiên của Volta còn được bảo tồn đến ngày nay​

Mô hình pin đầu tiên của Volta còn được bảo tồn đến ngày nay​

Tiếp tục nghiên cứu, năm 1800, Volta đã thực hiện một loạt các thử nghiệm dùng kẽm, chì, thiếc và sắt làm tấm tích điện âm (cathode); và đồng, bạc, vàng, than chì như một tấm tích điện dương (anode). Sau đó, ông xếp các tấm trái cực xen kẽ với nhau, ngăn cách bởi miếng giấy xốp tẩm dung dịch muối ăn. Cuối cùng, ông nối điểm đầu với điểm cuối với một sợi dây dẫn và nhận thấy có 1 dòng điện chạy qua. Đây chính là viên pin đầu tiên của nhân loại được mang tên là “pin Volta”. Sở dĩ danh từ pin hay chính xác hơn là pile được đặt cho thiết bị này chính là do đây là 1 chồng các miếng tròn bằng đồng và kẽm có hình dáng như một chiếc cọc.

7-2492361-volta2-1400604246865

Hình ảnh Volta đang thực hiện thí nghiệm với sự theo dõi trực tiếp của hoàng đế nước Pháp Napoleon Bonaparte.​

Cũng trong năm 1800, Volta đã công bố phát hiện của ông về một nguồn cấp điện ổn định trước Hội đồng khoa học Hoàng Gia tại London trước sự chứng kiến và thán phục của nhiều nhà khoa học từ khắp châu Âu. Với phát minh này đã giúp tên tuổi của Volta lừng lẫy khắp nơi và được ghi nhận là người có đóng góp to lớn cho sự phát triển của nhân loại.

 Tuy nhiên, Pháp mới là quốc gia đầu tiên công nhận phát minh của Volta do trong giai đoạn bấy giờ, nước Pháp đang cố gắng tiếp cận với nhiều tiến bộ của khoa học kỹ thuật nên sẵn sàng đón nhận bất cứ ý tưởng mới nào được đề xuất. Không lâu sau đó, Volta được mời tới Pháp và giảng dạy tại Viện hàn lâm khoa học Pháp về các nghiên cứu điện học của ông. Thậm chí trong nhiều bài giảng của ông có sự theo dõi của Napoleon Bonaparte.

 

8-2492343-26-4-humphry-davy-1400604244548 Nhà vật lý và hóa học người Cornwall, vương quốc Anh, Humphry Davy (1778-1829) cùng mô hình pin.​

Trong cùng năm 1800, nhà vật lý và hóa học người Cornwall, vương quốc Anh, Humphry Davy (1778-1829) đã bắt đầu thử nghiệm các tác dụng hóa học của dòng điện và phát hiện ra rằng dòng điện có khả năng tách các chất trong dung dịch mà ngày nay chúng ta biết đó là sự điện phân. Dựa trên mô hình của Volta, Davy đã chế tạo ra pin điện lớn nhất và mạnh nhất tính đến thời điểm bấy giờ tại tầng hầm của Viện khoa học Hoàng gia Anh. Những nhân chứng đã kể lại rằng mô hình pin của ông đã làm một chiếc đèn hồ quang điện chat sáng rực rỡ chưa từng thấy. Ngoài ra, Davy cũng là người nổi tiếng với việc phát hiện ra khí gây cười N2O hay đèn mỏ an toàn.

9-2492348-cruick-1400604241307

Nhà hóa học người Anh, William Cruickshank với thiết kế mô hình pin đầu tiên có thể sản xuất dưới quy mô công nghiệp​

2 năm sau đó, vào năm 1802, nhà hóa học người Anh, William Cruickshank thiết kế mô hình pin đầu tiên có thể sản xuất dưới quy mô công nghiệp. Cruickshank đã đề xuất phương pháp dùng các tấm kẽm và đồng có cùng kích thước, xếp xen kẽ với nhau, đặt vào một hộp gỗ dài hình chữ nhật và dán chặt lại. Bên trong hộp có các rãnh để giữ cố định các tấm kim loại và chứa nước đầy nước muối hoặc acid pha loãng để làm chất điện phân. Thiết kế này có ưu điểm so với mô hình ban đầu của Volta là không bị khô và có thể cung cấp được dòng điện mạnh hơn. Mô hình pin của Cruickshank giống như pin ướt mà chúng ta vẫn còn sử dụng cho đến ngày nay.

Từ pin có thể sạc được, pin ướt cho đến pin khô

10-2492357-pin-sac-dau-tien-1400604238494

Pin ướt có thể sạc được của nhà vật lý người Pháp Gaston Planté

​Vào năm 1836, nhà hóa học người Anh, John F. Daniell đã phát triển một phiên bản pin hoàn thiện hơn với hiệu suất được cải thiện và tạo ra dòng điện ổn định hơn so với nguyên bản ban đầu của Volta hay Cruickshank. Tuy nhiên, cho tới thời điểm bấy giờ thì toàn bộ đều là pin sơ cấp, nghĩa là chỉ dùng được 1 lần và không thể sạc để tái sử dụng được. Đến năm 1859, nhà vật lý người Pháp Gaston Planté phát minh ra pin sạc đầu tiên. Đó là một pin với các tấm chì ngăn cách nhau bởi tấm vải flannel và được đặt trong acid sunfuric loãng. Pin sẽ được sạc lại bằng cách châm thêm acid vào để tái sử dụng. Mô hình này vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay dưới tên gọi pin ướt hoặc ắc quy ướt (bình ướt) hoặc pin carbon zinc
11-2492350-leclanche-140060423528812-2492351-leclanche1-1400604232733

 Kỹ sư người Pháp Georges Leclanché (1839-1882) và mô hình pin của ông.​

Năm 1866 tại Pháp, kỹ sư Georges Leclanché (1839-1882) đã chế tạo pin ướt với các điện cực ngâm mình trong dung dịch điện phân. Tuy nhiên không lâu sau đó, ông đưa ra sáng kiến cải thiện pin bằng cách dùng dung dịch hồ amoni chloride sau đó niêm phong pin lại. Sáng kiến này đánh dấu sự ra đời của thế hệ pin khô. Thế hệ pin mới cho phép pin được sử dụng ở nhiều vị trí khác nhau, chịu được di chuyển dao động mạnh mà không sợ dung dịch điện phân bị tràn ra ngoài như pin ướt. Thêm vào đó, pin cũng được chế tạo thành dạng ống hoặc hình hộp bên trong chứa các bộ phận khác của pin như các cực dương làm bằng kẽm (anode) và cực âm gồm mangan dioxide và carbon theo tỷ lệ 8:1 (cathode). Hồ điện cực còn có thể chứa thêm kẽm chloride.

Năm 1881, Camille Faure chế tạo pin dùng các dải cọc chì oxit làm điện cực để thay thế cho các tấm chì trong pin ướt trước đây. Điều này cho phép tạo ra dòng điện mạnh và ổn định hơn rất nhiều. Đây chính là cơ sở cho sự phát triển của pin ướt sau này với nhiều loại điện cực khác nhau.

13-2492355-nicad-1400604228304

Pin NiCd ​

Đến năm 1899, nhà khoa học Waldemar Jungner đến từ Thụy Điển đã phát minh ra pin nickel-cadimi (NiCd). Đây là thế hệ pin dùng nickel làm cực âm (cathode) và cadimi làm cực dương (anode). Tuy nhiên, do chi phí chế tạo khá cao nên pin NiCd không được áp dụng rộng rãi cho nhiều người sử dụng. 2 năm sau đó, nhà phát minh nổi tiếng Thomas Edison đã phát triển mô hình pin khác bằng cách dùng sắt để thay thế Cadimi làm anode giúp giảm giá thành nguyên vật liệu sản xuất pin. Dù vậy, mô hình pin Nikel-Sắt của Edison đã gặp phải các nhược điểm nghiêm trọng: năng lượng yếu, hiệu suất kém ở nhiệt độ thấp và khả năng tự xả cao. Tất cả các nhược điểm trên khiến pin của Edison cũng không được đưa vào sản xuất và sử dụng rộng rãi.

Mãi cho tới năm 1932, Shlecht và Ackermann đã đạt được thành công trong việc cải tiến pin NiCd với dòng điện mạnh và tuổi thọ cao. Giải pháp cải tiến của 2 nhà phát minh là trang bị thêm những tấm vách ngăn các điện cực thành nhiều khoang. Năm 1947, George Neumann tiếp tục hoàn thiện mô hình trên thông qua việc chế tạo thế hệ pin NiCd với nhiều vách ngăn bên trong được hàn kín lại.

14-2492358-seven-batteries-1400604225537

Pin NiMH quen thuộc với tất cả chúng ta ngày nay

Nhiều năm sau đó, pin NiCd tiếp tục là loại pin duy nhất có thể sạc và di chuyển được. Vào những năm 1990, vấn đề môi trường được quan tâm hàng đầu tại châu Âu và các nhà khoa học bắt đầu chú ý đến pin NiCd do khả năng xử lý các hóa chất độc hại sau quá trình sử dụng. Các đạo luật được ban hành nhằm hạn chế việc sử dụng các nguyên tố này và chuyển sang sử dụng pin Nickel-Sắt Hydrid (NiMH) thân thiện với môi trường hơn. Dù vậy, tương tự như pin NiCd, pin NiMH vẫn chưa thật sự đạt được hiệu quả như mong đợi và các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục phát triển nên một thế hệ pin ưu việt hơn. Đây chính là bàn đạp tạo tiền đề cho sự ra đời của pin lithium-ion (Li-ion).
Pin Li-ion ra đời và phát triển cho đến ngày nay

15-2492359-stanley-1400604222668

Nhà hóa học người Mỹ Michael Stanley Whittingham, người đầu tiên đề xuất ý tưởng pin Li-ion​

Pin Li-ion đầu tiên được đề xuất vào những năm 1970 bởi nhà hóa học người Mỹ Michael Stanley Whittingham (1941) đến từ Đại học Binghamton sử dụng titanium sunfide và kim loại liti thuần làm các điện cực. Dù vậy, do Liti là một kim loại hoạt động mạnh nên khi tiếp xúc với không khí dễ dàng xảy ra các phản ứng hóa học gây nguy hiểm. Chính vì vậy, mô hình pin dùng liti thuần làm cực dương đã không được chấp nhận. Cùng thời gian này, J. O. Besenhard tại Đại học Munich đã phát hiện ra tính chất trao đổi ion thuận nghịch giữa than chì và cathode bằng oxit kim loại.

Tiếp theo vào năm 1979 tại Đại học Oxford, John Goodenough và Koichi Mizushima đã chế tạo một loại pin sạc tạo ra dòng khoảng 4 V sử dụng Liti Cobalt Oxit (LiCoO2) làm cực dương và liti thuần làm cực âm. LiCoO2 là một chất dẫn điện tích điện dương với tính ổn định cao nên có thể cung cấp các ion liti nhằm tạo ra dòng điện. Khả năng này đã mở ra triển vọng sử dụng LiCoO2 làm cực dương cho các thế hệ pin hoàn toàn mới có thể sạc lại một cách dễ dàng.

Năm 1977, Samar Basu đến từ đại học Pennsylvania đã chứng minh tính khả thi của việc chế tạo và sử dụng pin điện hóa với các điện cực bằng liti và than chì. Không lâu sau đó, mô hình này đã chính thức được chế tạo bởi các kỹ sư tại phòng thí nghiệm Bell (hiện nay là phòng thí nghiệm AT&T).

16-2492344-565px-rachid-yazami-2011-1400604219138

Rachid Yazami, người chứng minh tính điện hóa thuận nghịch của liti trong than chì​

Vào năm 1980, Rachid Yazami tiếp tục chứng minh tính điện hóa thuận nghịch của liti trong than chì. Dù vậy, các chất hữu cơ dùng làm chất điện phân trong thế hệ pin mới này bị phân hủy trong quá trình sạc. Do đó, Yazami đã đề xuất hỗn hợp chất hữu cơ rắn bền vững trong quá trình sạc làm chất điện phân. Mô hình chất điện phân của Yazami vẫn còn sử dụng trong các thế hệ pin Li-ion cho đến hiện nay.

Đến năm 1983, Michael M. Thackeray, Goodnewa và các cộng sự đã xác định có thể dùng khoáng chất Mangan Spinen để chế tạo cực dương cho pin Li-ion. Đây là loại khoáng chất có tính dẫn điện tốt, giá thành rẻ và hoạt động ổn định. Tuy vẫn còn nhược điểm là bị tiêu hao dần trong quá trình sạc nhưng vẫn có thể khắc phục bằng các biện pháp chỉnh sửa hóa học. Cho đến năm 2013, Mangan Spinen vẫn tiếp tục được sử dụng cho các thế hệ pin Li-ion thương mại.

17-2492354-nguyen-ly-pin-li-ion-1400604217342

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của pin Li-ion​

Vào năm 1985, Akira Yoshino lắp ráp mô hình pin đầu tiên dựa trên tất cả các yếu tố thành công từ trước, sử dụng vậy liệu cacbonate giúp giữ các ion liti trong 1 điện cực giúp LiCoO2 bền vững trong không khí hơn. Chính vì lý do này, thế hệ pin Li-ion đã được hoàn thiện và an toàn hơn rất nhiều so với trước đây.

18-2492347-battery-1400604214442

Viên pin Li-ion này có quen thuộc với các bạn không?​

Năm 1991, tập đoàn điện tử Sony chính thức thương mại hóa pin Li-ion dưới quy mô sản xuất công nghiệp. Cho đến nay, hầu hết các hoạt động nghiên cứu đều xoay quanh việc cải thiện hiệu suất của pin Li-on. Bên cạnh việc cung cấp năng lượng cho điện thoại di động, máy tính xách tay, máy ảnh kỹ thuật số, dụng cụ điện và các thiết bị y tế, pin Li-ion hiện nay còn được sử dụng cho xe điện. Đây là thế hệ pin đáng chú ý nhất tính đến thời điểm hiện tại do có mức lưu trữ năng lượng cụ thể, thiết kế đơn giản, hiệu suất cao, cho dòng ổn định, chi phí bảo trì thấp và khá thân thiện với môi trường.

Tiếp theo đó là sự kiện công ty Bellcore chính thức thương mại hóa pin Li-ion Polymer vào năm 1994 sau quá trình nghiên cứu. Bước tiếp theo là pin sự xuất hiện của pin li-ion với cathode bằng mangan, pin li-phosphate được các nhà khoa học liên tục cải tiến và hoàn thiện để chính thức thương mại hóa. Các nhà khoa học dự đoán tiếp theo sẽ là sự ra đời của những thế hệ pin phát triển dựa trên tiến bộ của công nghệ nano giúp tăng cường hiệu suất cũng như kích thước và tuổi thọ của pin.

Theo Tinhte

Phát triển năng lượng tái tạo xu thế tương lai

Đầu tư phát triển năng lượng tái tạo (NLTT) từ nước, nắng, gió, sinh khối, địa nhiệt … để có thêm nguồn năng lượng sạch, giảm ô nhiễm, giảm khí thải nhà kính và chủ động nguồn năng lượng là xu hướng tất yếu và đã tăng trưởng đều trong các năm qua trên thế giới.

Gia tăng NLTT đáp ứng nhu cầu năng lượng
Năng lượng là dòng máu nuôi sống nền kinh tế. Kinh tế càng phát triển, nhu cầu năng lượng càng cao. Dự báo nhu cầu năng lượng thế giới sẽ tăng hơn 1/3 vào 2035 so với hiện nay (BĐ 1), tăng nhiều ở khu vực châu Á, mức tăng ở Trung Quốc, Ấn Độ và Trung Á có thể lên đến 60%.
Hiện nay nguồn năng lượng sử dụng chủ yếu từ than, dầu khí, hạt nhân, còn NLTT chỉ chiếm khoảng 20%. NLTT còn gọi năng lượng thay thế hay năng lượng sạch, năm 2011, NLTT cung cấp 19% năng lượng tiêu thụ thế giới, trong đó 9,3% là năng lượng sinh khối truyền thống, chủ yếu dùng nấu nướng và sưởi ấm ở các vùng nông thôn các nước đang phát triển, còn lại gồm 4,1% nhiệt lượng từ sinh khối, mặt trời, địa nhiệt và nước nóng, 3,7% thủy điện, 1,1% điện năng từ gió, mặt trời, địa nhiệt và 0,8 % nhiên liệu sinh học (BĐ 2).

BĐ 1: Nhu cầu năng lượng trên thế giới
 0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD01

 

BĐ 2: Tiêu thụ các loại năng lượng trên thế giới

 0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD02

Dù chiếm tỷ trọng khiêm tốn nhưng NLTT luôn trên đà phát triển. Tăng nhanh nhất là điện mặt trời (điện năng phát ra tăng bình quân hằng năm từ pin mặt trời (photovoltaic – PV) là 60% và từ các nhà máy điện tập trung nhiệt mặt trời (concentrating solar thermal power – CSP) là 43%), kế đến là điện gió: 25% và nhiên liệu sinh học tăng 17% mỗi năm (BĐ 3). Dù NLTT có nhược điểm khó khắc phục là hiệu suất khai thác kém vì không ổn định như năng lượng mặt trời chỉ có thể khai thác vào ban ngày, thủy điện phải có đủ nước và gió không phải lúc nào cũng đủ mạnh để chạy các turbine…, nhưng NLTT vẫn đang được đầu tư nghiên cứu và khuyến khích sử dụng trên toàn thế giới nhằm giảm phụ thuộc vào dầu mỏ, giảm ô nhiễm môi trường.

BĐ 3: Tăng trưởng NLTT và nhiên liệu sinh học trên thế giới, năm 2011
(Tính bình quân hàng năm từ năm 2007-2012)

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD03

Năm 2012, điện từ NLTT trên thế giới đạt 1.470 gigawatt. Trung Quốc, Mỹ, Đức và Tây Ban Nha là những nước dẫn đầu khả năng phát điện từ NLTT. Với công suất thủy điện 229 GW cộng với 90 GW từ các loại NLTT khác (chủ yếu từ gió) cung cấp gần 20% nhu cầu điện đã đưa Trung Quốc vào vị trí dẫn đầu thế giới về điện từ NLTT; còn ở Mỹ, tỷ trọng công suất điện từ NLTT là: 15%; Đức, NLTT đáp ứng 12,6% nhu cầu năng lượng; Tây Ban Nha NLTT đáp ứng 32% nhu cầu điện. Các nước phát triển cũng đang cố gắng nghiên cứu và đầu tư tăng nguồn NLTT nhằm bổ sung thêm nguồn năng lượng đồng thời tạo thêm việc làm cho người lao động (Bảng 1,2,3).

Bảng 1: Công suất điện từ nguồn NLTT trên thế giới, năm 2012

 

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-B01

Bảng 2: Phát triển NLTT trên thế giới
0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-B02

(*): dữ liệu đầu tư từ Bloomberg New Energy Finance, bao gồm: sinh khối, địa nhiệt, năng lượng gió với các dự án hơn 1 MW; thủy điện từ 1 – 50 MW; năng lượng mặt trời; và các dự án nhiên liệu sinh học với sản lượng mỗi năm 1 triệu lít hơn.

Bảng 3: Công việc tạo ra từ công nghiệp NLTT trên toàn cầu

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-B03

Phát triển các loại NLTT
Hiện nay hầu hết các nước trên thế giới đều quan tâm đến phát triển NLTT. Đi trước và có tỷ trọng NLTT cao là các nước Âu Mỹ. Tại châu Á, Trung Quốc nổi lên là nước sớm ban hành luật năng lượng tái tạo đã tạo ra động lực để phát triển mạnh việc sử dụng các nguồn NLTT như năng lượng gió, điện mặt trời trong những năm gần đây.
Thủy điện: ước đoán công suất toàn cầu năm 2012 là 990 GW. Các nước mạnh về thủy điện gồm Trung Quốc, Brazil , Mỹ, Canada, và Nga đã chiếm 52% công suất (BĐ 4). Trung Quốc cũng dẫn đầu công suất thủy điện lắp đặt thêm trong năm 2012, chiếm 52% tỷ trọng công suất lắp đặt toàn cầu; Thổ Nhĩ Kỳ đứng thứ hai: 7%; Việt Nam đứng thứ ba: 6% (BĐ 5).

BĐ 4: Tỷ trọng công suất thủy điện trên thế giới

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD04

 

 

BĐ 5: Công suất thủy điện lắp đặt
trong năm 2012

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD05

 

 

BĐ 6: Phát triển pin năng lượng mặt trời (PV) trên toàn cầu

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD07

Điện mặt trời: các nước dẫn đầu trong nghiên cứu, sản xuất và triển khai ứng dụng các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời là Mỹ, Nhật, Đức, Israel, Trung Quốc,… Năm 2012, Pin năng lượng mặt trời (PV) tiếp tục phát triển mạnh, công suất toàn cầu lên đến 100 GW, trong khi 10 năm trước, năm 2002 chỉ có 2,2 GW (BĐ 6). Năm thị trường lớn trong lĩnh vực này là Đức chiếm tới 32%, Ý đứng thứ hai: 16%, kế đến là Mỹ: 7,2%, Trung Quốc: 7% và Nhật: 6,6% (BĐ 7). Tương tự, các nhà máy điện tập trung nhiệt mặt trời(CSP) rất phát triển,năm 2012 tăng hơn 60% đạt 2.550 MW, trong khi năm 2002 chỉ có 354 MW (BĐ 8) . Các nước phát triển mạnh các nhà máy CSP là Tây Ban Nha với công suất 1.950 MW và Mỹ là 1.300 MW, CSP cũng đang thu hút sự quan tâm của các nước đang phát triển ở châu Phi, Trung Đông, châu Á và Mỹ la Tinh.

BĐ 7: Các nước dẫn đầu về công suất điện mặt trời, năm 2012

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD06

 

BĐ 8: Phát triển năng lượng tập trung nhiệt mặt trời (CSP), năm 2012 
0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD08

 Đun nóng bằng năng lượng mặt trời: vẫn liên tục phát triển trong nhiều năm qua, năm 2002 công suất chỉ 59 GWth, năm 2012 lên đến 255 GWth. Trung Quốc là nước dẫn đầu trong sử dụng năng lượng mặt trời đun nóng nước, công suất tính đến năm 2012 là 180,4 GWth, chiếm hơn 2/3 công suất thế giới, yếu tố chính để phát triển sử dụng năng lượng mặt trời ở Trung Quốc do chi phí thấp hơn rất nhiều so với sử dụng điện hay ga.

BĐ 9: Phát triển đun nóng nước bằng năng lượng mặt trời, năm 2012
0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD09

 

 BĐ 10: Các nước dẫn đầu về đun nóng nước bằng năng lượng mặt trời, năm 2011

 

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD10

 

 BĐ 11: Thị phần của các công ty về năng lượng mặt trời, 2012

 

0414_TGDL_nangluongaitao_Loan-BD11

 

Năng lượng gió: tính đến cuối 2012, các turbine gió cung cấp 283 GW trên toàn thế giới (BĐ 12); trong 5 năm qua, công suất điện gió tăng bình quân hàng năm khoảng 25%, cung cấp khoảng 3% nhu cầu tiêu thụ điện toàn cầu, ở châu Âu tỷ lệ này là 7%. Top 10 quốc gia dẫn đầu về điện gió đã chiếm đến 85% công suất toàn cầu (BĐ 13), nhiều nhất là các nước: Trung Quốc (40%), Mỹ (35%), Anh (11%). Tuy nhiên, điện gió chiếm tỷ trọng nhiều cho nhu cầu tiêu thụ điện tại các nước là Đan mạch (30%), Bồ Đào Nha (20%), Tây Ban Nha (16,3%).

BĐ 12: Phát triển công suất năng lượng gió

 

BĐ 13: Các nước dẫn đầu về năng lượng gió, năm 2012

BĐ 14: Thị phần của các công ty về năng lượng gió, 2012

Năng lượng sinh học: sản lượng nhiên liệu sinh học và ethnol trên toàn cầu phát triển hơn 10 năm qua, đặc biệt là sản lượng nhiên liệu sinh học năm sau luôn cao hơn năm trước (BĐ 15). Dẫn đầu về nguồn điện từ năng lượng sinh học là Mỹ với sản lượng 62 Terawatt giờ/năm (tính bình quân từ năm 2000-2012), kế đến là Đức: 37 Terawatt giờ/năm, và Brazil: 36 Terawatt giờ/năm, Trung Quốc đứng thứ tư: 27 Terawatt giờ/năm và khu vực Đông Nam Á có Thái Lan đứng thứ 19 trên thế giới với 3,2 Terawatt giờ/năm (BĐ 16).

BĐ 15: Sản lượng ethanol và nhiên liệu sinh học trên toàn cầu

 

BĐ16: Các quốc gia dẫn đầu về năng lượng sinh học (trung bình năm 2010 – 2012)

Các số liệu thống kê trong bài từ nguồn: REN21, Renewables 2013 Global Status Report.

ANH TÙNG, STINFO Số 4/2014